Геохимики впервые нашли в метеорите вещество сверхновой типа Ia

Химический состав метеорита Гипатия говорит о том, что его родительское тело содержало в себе межзвездную пыль, образованную в ходе взрыва сверхновой типа Ia. Это первое открытие такого рода, которое подтверждает идею о том, что средний химический состав Солнечной системы отличается от состава межзвездной среды. Статья опубликована в журнале Icarus.

Углеродистые хондритовые метеориты, в частности CI-хондриты, содержат примитивное вещество, которое мало подвергалось термическому воздействию. Благодаря этому такие метеориты могут дать информацию о усредненном химическом составе внутренней Солнечной системы и позволить промоделировать состав протосолнечного диска и процессы дифференциации и изотопной эволюции планет земной группы.

В частности, в хондритах в очень малых количествах обнаруживаются субмикронные зерна тугоплавких минералов, таких как алмаз, графит, карбид кремния и корунд, которые демонстрируют сильные различия в соотношениях изотопов углерода, азота, кислорода и кремния. Они считаются сохранившимися досолнечными зернами из межзвездной среды и свидетельствуют о том, что вещество протосолнечной туманности было смешанного состава и сформировано за счет целого ряда процессов, связанных с эволюцией звезд, таких как взрывы сверхновых или выбросы звездного вещества.

Углеродистый метеорит Гипатия, общей массой 30 граммов, был найден в 1996 году в Ливийской пустыне в Египте. Анализ изотопного состава вещества метеорита подтвердил его внеземное происхождение и показал, что Гипатия выделяется по химическому составу из примитивных объектов Солнечной системы, а ее родительское тело могло сформироваться во временной период, соответствующий протосолнечной туманности. Вещество Гипатии неоднородно и состоит из двух типов матриц. В нем были найдены микроалмазы, образованные во время прохождения сквозь атмосферу, а также зерно графита и несколько зерен карбида кремния, которые могут быть досолнечными зернами.

Группа геохимиков во главе с Яном Крамерсом (Jan D. Kramers) из Йоханнесбургского университета опубликовала результаты анализа образца Гипатии при помощи PIXE-спектрометрии (рентгено-флюоресцентный анализ при ионном возбуждении). Ученые хотели разобраться в химическом составе метеорита, в частности определить объемные концентрации для элементов от Al до Zn, и построить картину формирования родительского тела Гипатии.

Матрица первого типа в веществе Гипатии практически лишена элементов тяжелее кислорода, тогда как матрица второго типа демонстрирует обеднение элементами от Al до Zn по сравнению с CI-хондритами. Наиболее распространенный элемент Fe, а также S и Ni демонстрируют обеднение около 0,1 от солнечного значения. Соотношения Ni/Fe, S/Fe и P/Fe аналогичны значениям для Солнца, для Si, Cr и Mn наблюдается обеднение почти на два порядка по сравнению с CI-хондритами. Концентрация Al, нормализованная по солнечному значению, аналогична концентрациям P и S, а содержание Cl меньше, чем Si, Cr и Mn.

Ученые пришли к выводу, что данные по содержанию элементов в матрице второго типа Гипатии не могут быть объяснены в контексте протосолнечной туманности, включая ударные процессы, вместо этого была предложена идея о том, что пыль, из которой образовалось родительское тело метеорита, возникла за пределами туманности, в межзвездной среде. Неоднородность содержания элементов может отражать определенный процесс звездного нуклеосинтеза, такой как эволюция звезд асимптотической ветви гигантов, взрывы массивных звезд за счет коллапса ядра, а также вспышки сверхновых типа Ia.

В итоге исследователи остановились на модели, которая на их взгляд лучше всего подходит для описания состава Гипатии. Предполагается, что родительское тело метеорита, будучи примитивным, не подвергалось термическому воздействию и не претерпевало магматической дифференциации. Оно образовалось в протосолнечной туманности, однако содержит вещество, попавшее из межзвездной среды и рожденное в ходе вспышки сверхновой типа Ia — термоядерного взрыва гелиевого белого карлика в двойной звездной системе, который превысил предел по массе за счет аккреции вещества со звезды-компаньона.